矿尘

第二部分矿尘防治技术主要参考书叶钟元，矿尘防治，中矿大，1991穆智宏，煤矿防尘与粉尘检测，黄河版，1992赵书田，煤矿粉尘防治技术，煤炭版，1987金龙哲，矿井粉尘防治，煤炭版，1993第1章煤矿粉尘性质与危害§1.1概述矿尘----矿物开采和加工过程中产生的微细固体集合体。矿尘分为：（1）煤尘：粒径＜0.75mm的煤岩颗粒。（2）岩尘：粒径＜10~45μm的岩粉颗粒。矿尘的存在状态：（1）浮游粉尘（浮尘）：粉尘产生后，在尘源附近受风流扰动作用能长时间悬浮在风流中呈浮游状态的粉尘。（2）沉积粉尘（落尘）：粉尘产生后，立即沉落or缓慢沉落到巷道周边设备和物料上的这部分粉尘。患病状况严重每年死亡2000-3000人，一个中型矿井的全部职工数，煤炭尘肺病患者是全国尘肺患者的近一半（50%）平均患病率6%，部分矿16%。比西方国家高5%。成绩50年代，40患病，42岁死亡80年代，50患病，80岁死亡病例分布（1）地质开采方法落后、设备陈旧的矿、发病率高。（2）地方矿高，国有矿6.3%，县以上地方矿8.1%（3）患病人数前五名：山西、河南、四川、辽宁、陕西（4）患病率前五名：青海、北京、福建、湖北、陕西（5）工种：掘进工占病人数50%§1.2矿尘的基本概念1、粒度：矿尘的颗粒大小，以其平均横断面直径量度。分级：（1）超微粉尘（＜0.25μm）:用超倍显微镜才能观察，可长时间悬浮于空气中，并随空气分子作布朗运动。（2）微尘（0.25~10μm）：用普通显微镜可以观察，在静止空气中，呈等速下降。（3）细尘（10~40μm）：在明亮的光线条件下，可以观察，在静止空气中，呈加速下降。（4）粗尘（＞40μm）：极易沉降。2、矿尘分散度：各种粒度的尘粒在矿尘总量中所占的百分比。表示方法：（1）重量百分比：各粒级尘粒的重量占总重量的百分比称为重量分散度；（2）数量百分比：各粒级尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分比称为数量分散度。粒级的划分是根据粒度大小和测试目的确定的，我国工矿企业将矿尘粒级划分为4级：小于2μm、2～5μm、5～10μm和大于10μm•矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标。矿尘总量中微细颗粒多，所占比例大时，称为高分散度矿尘；反之，如果矿尘中粗大颗粒多，所占比例大，就称作低分散度矿尘。矿尘的分散度越高，危害性越大，而且越难捕获。3、比成尘量：进入大气中的矿尘质量与被破碎裂or运载的煤岩质量（或体积）之比，mg/t，mg/m3。4、成尘强度：生产过程中，单位时间内生产的矿尘质量，mg/min。5、全尘：矿井正常生产条件下，弥漫于产尘作业场所，并对工人身体健康和安全生产造成危害的哪部分粉尘。对于煤尘，常指粒径为1mm以下的尘粒。6----单位体积矿内空气中所含浮尘的数量称为矿尘浓度。(1)质量法。每立方米空气中所含浮尘的毫克数，单位为mg/m3(2)计数法。每立方厘米空气中所含浮尘的颗粒数，单位为粒/ｃm3。我国规定采用质量法来计量矿尘浓度。7、呼吸性粉尘：指粒径小于5μm,可以进入人体呼吸系统和肺部并会导致尘肺的哪部分细微粉尘。8、爆炸性粉尘：悬浮于空气中的粉尘云，达到一定浓度并遇有引爆火源的条件下，本身能发生爆炸的粉尘。9、煤尘爆炸指数：衡量煤尘爆炸危险性的指标。式中Vr----挥发份含量；C----固定碳含量。一般地，小于10%无爆炸危险性，无烟煤无爆炸危险性。我国98%的矿井有煤尘爆炸危险性。10、惰性粉尘：能够减弱or阻止爆炸性粉尘爆炸，或隔绝煤炸火焰扩散的矿物粉尘。%100CVVKrr§1.3矿尘的物理化学性质一、粉尘游离SiO2含量从工业卫生角度，各种粉尘对人体都有危害，粉尘的化学组成及其在空气中的浓度，直接决定对人体的危害程度。矿尘中游离SiO2的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。煤矿上常见的页岩、砂岩、砾岩和石灰岩等中游离SiO2的含量通常多在20%～50%，煤尘中的含量一般不超过5%。二、粉尘的凝聚与附着凝聚：尘粒之间互相结合形成一个新的大尘粒的现象。附着：尘粒和其物质结合的现象。粉尘的凝聚与附着是由于分子间的引力作用而产生的。三、粉尘的电性因空气的电离以及尘粒之间的碰撞、摩擦等作用，使尘粒带有电荷，可能是正电荷，也可是负电荷。粉尘的电性（+，-）主要取决于煤的变质程度、灰分及破碎方式。当粉尘温度为1~4%，固定碳为60~80%,粒度小于50μm时，粉尘电容满足：CW25.02.16.25四、粉尘的磁性----比磁化率决定于粉尘的磁铁矿含量，含量愈高，粉尘磁性愈强。抗磁物质具有负的比磁化率，其值为：10-6m3/kg;顺磁物质具有正的比磁化率，其值为：104~106m3/kg。比磁化率与煤尘粒径的关系：式中X----比磁化率；d----粒径。33.035.0dX五、粉尘的湿润性粉尘的湿润：液体将尘粒表面气体挤出并在其表面铺展的过程。粉尘的湿润影响因素：（1）液体分子对固体表面作用力的大小；（2）液体的力学性质----表面张力，表面张力愈小的液体对粉尘愈容易湿润。1、粉尘的湿润过程液气尘θσ液气σ尘液σ尘气θ----湿润边界角。即水尘接触点的切线与尘粒表面夹角。若忽略重力和水的浮力，三者之间的平衡有：θσ液气σ尘液σ尘气cos液气尘液尘气液气尘液尘气cos尘液空气2、衡量粉尘湿润性的标准（a）湿润角的大小Ⅰ）当θ≤60°时，为亲水性粉尘，如：石英、方解石Ⅱ）当60°＜θ≤85°时，湿润性差的粉尘，如：滑石粉Ⅲ）当θ＞90°时，为憎水性粉尘，如：碳墨（b）湿润速度（U20）液体对试管中粉尘的湿润高度，通常取湿润时间为20min，测得此时的湿润高度L20（mm），则：min/202020mmLU•依据U20分为：（1）绝对憎水性粉尘，U20＜0.5。如：石腊、沥青。（2）憎水性粉尘，U20=0.5~2.5，如：石墨、煤尘。（3）中等亲水性粉尘，U20=2.5~8.0，如：石英。（4）强亲水性粉尘，U20＞8.0，锅炉灰。（C）湿润功（W）W愈小，愈容易湿润。3、意义粉尘的湿润性是选用除尘设备和除尘方法的主要依据之一。尘气液气尘液W§1.4矿尘的危害(1)污染工作场所，危害人体健康，引起职业病。(2)某些矿尘（如煤尘、硫化尘）在一定条件下可以爆炸。(3)加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命。(4)降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。§1.5矿尘程度产生量的影响因素一、采掘机械化随着机械化程度的提高，粉尘产生量和产尘强度急剧上升。在地质和通风条件相同时，炮采工作面干放炮，粉尘浓度：300~500mg/m3;机采工作面干割煤，粉尘浓度：1000~3000mg/m3;综采工作面干割煤，粉尘浓度：4000~8000mg/m3。采用喷雾洒水和煤层注水后，炮采工作面，粉尘浓度：40~80mg/m3;机采工作面，粉尘浓度：100mg/m3;综采工作面，粉尘浓度：20~120mg/m3。二、地质构造及煤层赋存条件地质构造复杂、断层褶曲发育，并且受地质构造破坏强烈的地区，开采时粉尘产生量大，反之，较小。另外，火成岩侵入区，煤体变酥，影响粉尘的产生。三、煤岩的物理性质节理发育且脆性大的煤易碎，结构疏松而干燥坚硬的煤岩，在相同截割条件下的产尘量既细，量大。四、环境温度和湿度煤岩内水份低，环境相对湿度低时，由作业产生的粉尘相对增大。反之，增大。双鸭山矿务局七星矿资料：由此来看，当风流中相对湿度由74%增加到100%时，粉尘浓度由530mg/m3下降到20mg/m3，在相同截割条件下，相对湿度提高26%，粉尘浓度下降96.2%。相对湿度（%）粉尘浓度（mg/m3）防尘措施74530内喷雾85210内外喷雾9089内外喷雾9558内喷雾+水幕10020内喷雾+水幕五、产尘点通风状况当作业地点实现了分区通风，风量充足、风速适宜时，粉尘浓度偏低；采用串联通风时，含尘空气窜入工作面或风量不足、风速偏低时，粉尘浓度会偏高。回采面风速1.2~1.6m/s时，浮尘最小；掘进工作面0.25~0.63m/s时，浮尘最小。六、采煤方法和割煤参数如：急倾斜煤层倒台阶采煤法比水平分层采煤法产尘量大，全部冒落法采煤比填法采煤产尘量大。采深、截割速度、牵引速度、截齿排列等有关。第2章尘肺病及其预防§2.1概述尘肺：在生产中长期吸入大量微细粉尘而引起的以纤维组织增生为主要特征的肺部疾病。1尘肺硅肺病(矽肺病)煤硅肺病(煤矽肺)煤肺病(1)硅肺病(矽肺病)，由于吸入含游离SiO2含量较高的岩尘而引的尘肺病称为硅肺病。患者多为长期从事岩巷掘进的矿工。占20~30%(2)煤硅肺病(煤矽肺)，由于同时吸入煤尘和含游离ＳiＯ2的岩尘所引起的尘肺病称为煤硅病肺。患者多为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工。占70~80%(3)煤肺病。由于大量吸入煤尘而引起的尘肺病多属煤肺病。患者多为长期单一的在煤层中从事采掘工作的矿工。占5~10%其中，矽肺危害最大，其发病期短，发病率高。§2.2尘肺病的发病机理尘肺病的发病机理至今尚未完全研究清楚。关于尘肺病的形成的论点和学说有多种。粉尘在呼吸系统经历以下四个过程：(1)在上呼吸道的咽喉、气管内，含尘气流由于沿程的惯性碰撞作用使大于10μm的尘粒首先沉降在其内。经过鼻腔和气管粘膜分泌物粘结后形成痰排出体外。(2)在上呼吸道的较大支气管内，通过惯性碰撞及少量的重力沉降作用，使5～10μm的尘粒沉积下来，经气管、支气管上皮的纤毛运动，咳嗽随痰排出体外。(3)在下呼吸道的细小支气管内，由于支气管分支增多，气流速度减慢，使部分2～5μm的尘粒依靠重力沉降作用沉积下来，通过纤毛运动逐级排出体外。(4)粒度为2μm左右的粉尘进入呼吸性支气管和肺内后，一部分可随呼气排出体外；另一部分沉积在肺泡壁上或进入肺内，残留在肺内的粉尘仅占总吸入量的1%～2％以下。•尘肺的发病机理，大体上是由于煤（岩）尘过量在肺内各部分的聚集和堆积，开成煤尘的病灶，随着时间进展，网状纤维组织增生，并可能有胶原纤维增生，最终形成煤尘纤维化。§2.3尘肺病的发病症状及影响因素1、尘肺病的发病症状第一期：重体力劳动时呼吸困难、胸痛、轻度干咳。第二期：中等体力劳动或正常工作时，感觉呼吸困难，第三期：做一般工作甚至休息时，也感到呼吸困难、胸痛、连续带痰咳嗽，甚至咯血和行动困难。2(1)矿尘的成分能够引起肺部纤维病变的矿尘，多半含有游离SiO2，其含量越高，发病工令越短，病变的发展程度越快。对于煤尘，引起煤肺病的主要是它的有机质（即挥发分）含量。(2)矿尘粒度及分散度5μm以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5μm以下的矿尘可以进入下呼吸道并沉积在肺泡中，最危险的粒度是2μm左右的矿尘。(3)尘肺病的发生和进入肺部的矿尘量有直接的关系，也就是说，尘肺的发病工令和作业场所的矿尘浓度成反比。(4)暴露时间人员暴露于游离SiO2粉尘中的时间愈长，尘肺发病率愈高。5、个体方面的因素年龄、营养、健康状况、情绪、个人卫生条件、劳动节环境等。尘肺病在目前的技术水平下尽管很难完全治愈，但它是可以预防的。只要领导重视，增加资金投入，积极开展尘肺病预防及治疗方面的研究，完善技术措施，推广综合防尘，就可以达到降低尘肺病的发病率及死亡率的目的。§2.4尘肺病的预防措施一、组织措施加强对防尘工作的领导，健全防尘机构，有计划地对工人进行定期体检，了解尘肺的发病情况。二、技术措施大力推广综合防尘，积极研制和引进防尘设备及监测仪表，提高防尘效果。三、卫生保健建立工人健康卡，对尘肺患者及时调离粉尘作业环境，根据尘肺病进展情况、年龄、体力等进行劳动能力鉴定并作出治疗，进行合理工作安排。第3章煤尘爆炸及其预防§3.1概述很多固体在正常状态下是不燃或难燃，但当它被碎成微细粉尘时，就在为易燃或有爆炸性。原因：（1）固体破碎成微细粉尘后，它与氧结触面积大大地增加；（2）尘粒表面能吸附氧气；（3）某些粉尘（如煤尘）加热时，能迅速放出大量可燃气体。世界上有记载以来的第一次煤尘爆炸发生在英国的沃尔逊德煤矿（1803年），该矿无瓦斯。1906.3.10，法国